CRISPR/Cas技术在生物医药研究中的应用

CRISPR/Cas技术在生物医药研究中的应用

张传志

关键词：有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶技术；生物医学研究；应用

有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶技术是最近几年研究发现的一种新型基因编辑技术，CRISPR，翻译为规律成簇的间隔短回文重复，相关核酸酶蛋白系统以及有关基因编辑技术都是科研人员在对细菌进行研究的过程中，发现的天然获得性免疫系统，其作用是预防以及阻止有关质粒与病毒对人体的入侵。早些年一篇研究指出，通过使用细菌来对抗病毒的有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶系统，能够作为一种基因编辑工具。有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9的基因编辑技术，是一种具有指向性的靶向基因，施行相关脱氧核糖核酸移除或是修改等操作的技术手段。目前有规律的重复的间隔短回文重复已经普遍应用在分子生物学等相关领域的研究当中，这种新型的基因编辑技术在和常规的基因编辑技术比较来看，其更为便捷，迅速，效率更高，且成本更低，目前已经成为生物学的相关研究手段之一。本文通过对有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶技术的相关手段以及在生物医学相关领域的应用过程进行分析。

1.有关有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶的新型基因编辑技术概况

CRISPR/Cas的中文全名是有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶。当前已经发现了三种不同的有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶的系统，一型以及三型的相关系统需要必要的蛋白参与，所以不适合有关系统改造和处理。但是，二型系统便简便多了，只需要一个相关核酸酶来指导单面导轨核糖核酸，便能够完成辨识以及切断靶双链脱氧核糖核酸，所以，二型的系统又称为有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9系统。

1.1有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9系统的作用原理

当细菌遇到相关病毒如噬菌体的感染之后，能够得到相关病毒的一些脱氧核糖核酸片段，并且可以整合到有关基因组中从而构造记忆，如果这种病毒第二次侵入人体系统，有规律的重复的间隔短回文重复簇会第一时间转录成为有规律的重复的间隔短回文重复核糖核酸的前体，并且逐渐变为成熟的有规律的重复的间隔短回文重复核糖核酸，依靠碱基的匹配，有规律的重复的间隔短回文重复核糖核酸会和反式激活有规律的重复的间隔短回文重复核糖核酸结合，从而形成双链的核糖核酸，这时二元复合物会使相关核酸酶在一定的位置将脱氧核糖核酸进行切割，达成破坏侵入病毒脱氧核糖核酸的目的，阻止相关病毒的复制工作。有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9技术运用这个原理，按照二元复合体的特点，制造出可以使相关核酸酶蛋白辨别并且引导其结合靶位点的相关向导单项导轨核糖核酸，将脱氧核糖核酸的位点实施切割，使脱氧核糖核酸断裂，实现基因抹除，修复相关特异突变等。对比常规的基因打靶技术等相关基因编辑技术，有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9更加准确，效率更高，成本更低。通过开发有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9系统，有利于基因定点修复技术效率的提高。

1.2有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9系统的技术流程

有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9系统的技术流程有六个不一样的阶段。首先，通过相关已知基因序列当中，由间隔序列前提旁基因序列结构，挑选待定移除的位点，在确定相关位点之后，合成小的导向单项导轨核糖核酸，针对单项导轨核糖核酸靶向基因的合成地方，靠近基因编码位置的抗胸腺球蛋白第一或是第二外显子，通过这种手段可以得到活性高的单项导轨核糖核酸。依据挑选的单项导轨核糖核酸的模板序列，可以结合为一对互补序列的脱氧核糖核酸寡核苷酸链，在其形成双链之后，和相关核酸酶9的载体实现连接，构造能够导向单项导轨核糖核酸的相关核酸酶9载体，其中带有抗性基因和报告基因，通过有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9的活性检测，来检测单项导轨核糖核酸的活性。然后将编码相关核酸酶9以及单项导轨核糖核酸的表达质粒转录到细胞系当中，最终验证相关序列。

2.有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶技术在相关生物医学研究领域当中的应用

在有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9的相关基因编辑技术发展的过程中，相关生物医学领域的研究和应用也在快速发展。一些研究报告显示，有规律的重复的间隔短回文重复技术能够为血液疾病，遗传疾病，艾滋病以及相关癌症的解决提供了一个十分必要的基因工具。动物的病症模型，是人类相关病症机制的研究以及相关药物挑选的基础，通过利用有规律的重复的间隔短回文重复技术，科学家会更快构造相关动物病症的模型，通过有规律的重复的间隔短回文重复技术，可以进行基因的移除，放置，激活以及抑制的工作。有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶9作为一种新型的基因编辑技术，在细菌以及病毒感染的病症当中，存在十分重要的医学临床治疗和研究价值。在最近几年，由于人们滥用相关抗生素，使得一些细菌针对抗生素产生了抗性，造成了很多病人的死亡。对于新型抗生素的发现是十分难得的，科学家目前依靠有规律的重复的间隔短回文重复技术，通过基因编辑技术，能够将耐药或是致病能力的细菌的靶基因移除，从而杀死存在有害基因的细菌。

3.有规律的重复的间隔短回文重复技术的未来展望

有规律的重复的间隔短回文重复技术，是一种新型的基因编辑技术，能够将核糖核酸作为导向，完成脱氧核糖核酸的辨别和处理，能够将靶基因施行各类准确的改造，为众多实验平台提供了基因研究的工具。但是，作为一种发展中的新型基因编辑技术，有规律的重复的间隔短回文重复也具有一定程度上的局限性，比如，其会将理想中的靶点之外的位点形成过多的脱氧核糖核酸突变。为了提升靶点结合的高效，降低脱靶效应的发生，保证有规律的重复的间隔短回文重复/有关蛋白核酸酶系统存在更为普遍的高效性以及实用性，是未来新型基因编辑技术的工作方向之一。

结语：

有规律的重复的间隔短回文重复技术在未来会得到生物技术以及医学等各个领域的普遍应用，深刻影响着人们的生活。

参考文献：

[1]辛柳燕,刘爱飞,钟思思,等.CRISPR/Cas基因编辑技术及其在血液系统疾病中的应用[J].中国实验血液学杂志,2016,(4).

[2]涂万富,段真珍,张志麒,等.CRISPR/Cas系统介导的基因组定点编辑技术及其在农作物研究中的应用[J].基因组学与应用生物学,2016,(6).

[3]吴彩云,罗秉轮,孙玉强.基因组编辑新技术:CRISPR/Cas系统在生物基因组学中的研究进展[J].植物生理学报,2015，(12).